应用于三菱PLC的CAN总线通信转换装置研究

-134

-工业仪表与自动化装置2021年第3期应用于三菱PLC的CAN总线通信转换装置研究李欣玉，范蟠果(西北工业大学自动化学院，陕西西安710129)摘要：首先介绍了

CAN总线技术的发展概况及基本原理。在CAN总线技术广泛应用的背景

下，为了降低三菱FX系列PLC使用CAN总线组网的成本,提出一种基于PIT18F25微控制器的通

信转换装置。该转换装置实现了

CAN通信协议与三菱PLC专用协议的转换，采用3个拨码开关设

置CAN通信参数和串行通信参数，操作人员可根据实际情况灵活调整装置通信相关的参数。相较

于三菱公司为PLC适配的CAN总线模块，该装置成本低廉、操作简单且通用性强，可以使三菱FX

系列所有型号的PLC通过自带的通用串口接入CAN总线网络。关键词：CAN总线；FX

PLC

；微控制器；通信转换；串行通信中图分类号:TP23

:

TP336

文献标识码:A

文章编号：1000

-0682(2021)03

-0134

-04Research

on

CAN

bus

communication

conversion

device

applied

to

Mitsubishi

PLCLI

Xinyu,FAN

Panguv(College

qf

Automation,

Northwestem Polytechnical

University,

Shaanxi

XHn

710129

,

China

#Abstract:

Firstly,

the

development

and

basic

pCnciple

of

CAN

bus

technoloay

are

introduced.

Un­der

the

background

of

wide

application

of

CAN

bus

technoloay,

in

order

to

reduce

the

cost

of

Mitsubishi

FX

seCes

PLC

netwoCing

based

on

CAN

bus,

proposing

a

communication

conversion

device

based

on

PIT18F25

microcontroller.

The

device

realizes

the

conversion

between

CAN

communication

protocol

and

Mitsubishi

PLC

pepCetae

protocol.

Three

dial

switches

are

used

to

set

CAN

communication

parameters

and

seCal

communication

parameters.

The

operator

can

flexibly

adjust

the

communication

parameters

of

the

device

according

to

the

actual

situation.

Compared

with

the

CAN

bus

module

produced

by

Mitsubishi

Corporation,

the

device

has

the

ddentdaes

of

lower

cost,

more

simple

operation

and

stronger

versatility.

It

can

make

all

types

of

FX

PLC

connect

to

CAN

bus

network

through

its

own

universal

seCal

d

：

CAN

bus

+

FX

PLC

+

miceconteCer

；

communication

conversion

；

seCal

communication0引言CAN是控制器局域网络的简称,是当前应用最

广泛的现场总线之一,1-,因其具有高性能、高可靠

性很大，难以适应现代工业物联网的要求。若采用外接通信扩展模块进行CAN组网，一是

会极大提高开发成本，二是可供FX系列PLC使用

的CAN总线扩展模块种类非常有限，许多FX系列

的小型PLC没有与其适配的CAN扩展模块。性和高灵活性而被广泛地应用于工业自动化、汽车

船舶、工业设备等领域。PLC是一种专门用于工业

控制的控制器，可执行逻辑运算、顺序控制、定时、计

数与计算操作等面向用户的指令［2］,三菱FX系列

PLC作为一种价格实惠的中小型PLC应用广泛，但

1

CAN总线概述CAN是一种有效支持分布式控制或实时控制

的串行通信网络［3］，当前已成为国际上应用最广泛

由于通信接口限制，在不外接通信扩展模块的情况

下只能采用基于通用串口的组网方式，该方式局限收稿日期#2020-12

-

02作者简介:李欣玉(1999)，女，陕西省西安市人，电气工程及其

的现场总线之一。较之基于RS

—

485，RS

—

422等

串行通信协议构建的分布式控制系统而言，基于

CAN总线的分布式控制系统在以下方面具有明显

的优越性:(1)实时性强CAN网络中的各节点都可根据总线访问优先

自动化专业本科生，主要研究方向为电气测试、嵌入式技术。E

—

mail

：2018302164@

mait.

nwpu.

edu.

cn

2021年第3期工业仪表与自动化装置-135

-权采用逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据，且

CAN协议废除了站地址编码，而代之以对通信数据

和发展，使其已经最有前途的现场总线之一⑷)进行编码，这可使不同的节点同时接收到相同的数

2系统功能该通信转换装置以PIC18F25核心板作为处理核

据，这些特性使得基于CAN总线的网络通信实时性

强，并且容易构成冗余结构,提高系统的可靠性和系

统的灵活性⑷)而利用串行通信只能构成主从式

心，运行协议转换的程序。核心板通过CAN接口连

接CAN总线,通过串口连接PLC,

PLC可通过该通信

结构系统,通信方式也只能以主站轮询的方式进行,

转换装置以串行通信方式与CAN总线上的设备通

信，该装置对CAN协议的转换可分为以下4个步骤：系统的实时性、可靠性较差。(2)

可靠性高节点通过CAN控制芯片的两个端口

CANH和

CANL与物理总线相连，而CANH端只能是高电平或

(1)

通信转换器上电，CAN接口及串口初始

化,CAN接口进入CAN总线网络命令监听状态，串

口进入接收PLC数据的等待状态。悬浮状态,CANL端只能是低电平或悬浮状态[5])即

使部分节点出现错误(例如:有多个节点同时向总线

(2)

CAN接口收到CAN总线发送的报文后,核

心板对收到的报文进行过滤，将通过的CAN操作报

文转化成三菱PLC专用协议指令，并根据设定的串

发送数据)也不会导致总线短路。而且CAN节点在

错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，不会影响

总线上的其他节点,从而避免总线进入“死锁”状态。(3)

标准完善CAN总线最初由德国BOSCH公司提出，经过

行通信数据帧格式发送至PLC

o(3)

转换器向PLC发送三菱PLC专用协议指

令后等待PLC向串口返回信息。(4

)

PLC按照专用协议发送反馈信息至

PIC

18F25核心板，核心板将PLC返回的信息整合为

不断的发展目前已成为国际标准的现场总线，由国

际标准组织(ISO)制定国际统一的CAN标准。完善

CAN反馈报文，经CAN接口发送至CAN总线。的标准体系极大程度上推动了

CAN总线技术的应用

转换的流程如图1所示。图1通信协议转换流程图其中，前文所述的CAN操作报文包括位读取操

地址、操作数量,PLC返回读取的数据信息。操作报文为位写入操作报文和字写入操作报文

时，报文内容包含写操作类型、操作对象、对象起始

作报文、字读取操作报文、位写入操作报文、字写入

操作报文、PLC启动操作报文和PLC停止操作报

文，相应的反馈报文种类与操作报文种类一一对应，

包括位读取反馈报文、字读取反馈报文、位写入反馈

地址、操作数量及所要写入的数据,PLC返回写入成

功或失败的应答信息。报文、字写入反馈报文、PLC启动反馈报文和PLC

停止反馈报文。操作报文为

PL

启动报文和

PL

停止报文时，

CAN报文内容包含操作类型、PLC返回启动、停止

操作报文为位读取操作报文和字读取操作报文

时，报文内容包含读操作类型、操作对象、对象起始

成功或失败的应答信息。操作报文和反馈报文详细数据内容如表1所示)表1

CAN操作报文和CAN反馈报文详细内容报文类型说明报文数据段(8字节)字节1字节2字节3字节4字节5字节6字节70x00字节80x00位读取AN

BR(

AS

CII)WR(

ASCII)BW(

AS

CII)操作对象(ASCII)对象起始地址(He,

16

位)操作数量(Hex)字读取位写入字写入PL

启动PL

停止操作

报文操作对象(ASCII)0x00对象起始地址(He,

16

位)0x00操作数量(Hex)0x00WW(

ASCII)RR(

ASCII)数据字节1数据字节20x00RS(

AS

CII)0i00x00

-136

-续表1工业仪表与自动化装置2021年第3期报文类型说明报文数据段（8字节）字节1字节2字节3字节4字节5数据字字节6字节7字节8位读取字读取AN

BR(

AS

CII)WR(

ASCII)BW(

AS

CII)对象起始地址(Hex,

16

位)数据字节20x00数据字节30x00数据字节40x00节10x00反馈

报文位写入字写入PLC启动PLC停止对象起始地址(Hex,

16

位)WW

(ASCII)RR(

ASCII)0xXFRS(

AS

CII)0xFF0xFF0xFF0xFF0xFF3硬件设计通信转换器的硬件结构主要包括:PIC18F25核

心板、供电模块、32

-5线编码器模块、3个拨码开

关、1个串口和1个CAN接口，如图2所示。（1）

当通信转换器连接好并通过拨码开关C设

定CAN通信波特率、串行通信帧格式后，对通信转换

器进行上电操作。此时，转换器内部执行CAN接口

及串口的初始化,CAN接口进入CAN总线网络命令

监听状态,串口进入接收PLC数据的等待状态。（2）

CAN接口收到CAN总线发送的报文后,

PIC18F25核心板通过拨码开关A设定的报文I对收

到的报文进行过滤,

将通过过滤的

CAN

操作报文转化

成三菱PLC专用协议指令，并根据拨码开关C设定的

串行通信数据帧格式发送至PLC；所述的串行通信数

据帧格式包括波特率、校验位、数据位和停止位。PLC数据流执行PLC内部软元件读取操作时,CAN操作报

文数据内容包含读操作类型（分位读取操作BR和字

图2通信转换装置硬件结构图其中PIC18F25核心板通过CAN接口连接至

CAN总线网络,通过串口连接PLC,通过编码器模

读取操作WR两种）、操作对象、对象起始地址及操作

数量共四部分内容;执行PLC内部软元件写入操作

时,CAN报文数据内容包含写操作类型（分位写入操作

BW和字写入操作WW两种）、操作对象、对象起始地

块连接三个拨码开关:A,B和Co该装置设有CAN报文I过滤器，只接收CAN

址、操作数量及所要写入的数据共五部分内容;执行

PLC启动/停止操作时,CAN报文数据内容仅包含操作

总线上特定I的操作报文，且在收到PLC的反馈

信息后会向CAN总线发送反馈报文。能通过过滤

类型:PLC启动操作为RR,PLC停止操作为RS。（3）

转换器向PLC发送三菱PLC专用协议指令后

器筛选的操作报文的I由拨码开关A设定，反馈

报文的I由拨码开关B设定，这2个拨码开关均为

11段式，由11路输出电平表示长度为11位的二进

等待PLC向串口返回信息,通信转换器根据三菱PLC

专用协议从返回信息中提取数据，并将该信息整合为

CAN反馈报文，并根据拨码开关B设置的CAN反馈报

制I（输出TTL高电平代表二进制1,输出TTL低

电平代表二进制0）。CAN通信波特率和串行通信

数据帧格式（包括波特率、校验位、数据位和停止

位）由拨码开关C设定,该拨码开关为10段式。图

3为32-5线编码器模块电路图，用于将三个拨码

文I,将反馈报文经CAN接口发送至CAN总线。5结语该文中提出的CAN协议通信转换装置可实现

CAN通信协议与三菱PLC专用协议的转换，可用于三

开关共32路TTL电平信号表示的32位二进制信号

转化为5路TTL电平表示的5位十六进制信号。菱FX系列所有型号的PLC，使PLC在不需外接CAN

通信扩展模块的情况下通过自带的通用串口接入CAN

4软件设计该装置的程序运行于PIC18F25核心板中，程序

流程图如图4所示,具体包括以下步骤：总线网络。装置采用3个拨码开关实现了对CAN通

信参数和串行通信参数的设置,使得操作人员可根据

实际情况调整通信转换器的参数，使用方便灵活。

2021年第3期工业仪表与自动化装置VrIlIlIlI

D-

IIIIIII????-137

-VDDTVDDXD3D4GS

1

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1GS_2

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SW2_2SW2_3SW2 4SW2_5SW2

6SW2

7SW2

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9SW2

10SW2_11]234567891011SW-DIP11VDDSW0_9

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1

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SW2_6

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I--,-1图3

32

-5线编码器模块电路图参考文献：[1]

贺毅，赵望达,刘勇求.现场总线技术应用及其发展趋

势探讨[J].工业计量,2005(01):21

-23.[2]

刘广.PLC控制技术发展研究[J].建筑工程技术与设

计,2018(27)

:2682.[3]

王保中，涂亚庆，张丽娟.工业以太网与CAN现场总线

比较和应用方案分析[J].工业仪表与自动化装置,

2006(05):11

-13.[4]

陈娅娟，孙汉旭,贾庆轩，等.一种新型冗余CAN网络

通信协议栈的研制,J].测控技术,2007(11)

：45

-48.[5

-何宝福,张文红.CAN

-

RS232通信转换模块的设计与

实现[J].电子设计工程,2007(04)

：17

-19.[6]夏巍，丁刚，严辉.基于CAN总线和嵌入式网关的家庭

智能控制网络[J].工业仪表与自动化装置,2008,

2008(06)

：29 -31

+38.收到PLC反馈竄迂是通过CAN接口发送CAN反馈报文图4通信转换装置程序流程图